JP7343059B2 - 液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶配向剤、液晶配向膜及び液晶表示素子に関する。
従来から液晶表示装置は、パーソナルコンピュータ、スマートフォン、携帯電話、テレビジョン受像機等の表示部として幅広く用いられている。液晶表示装置は、例えば、素子基板とカラーフィルタ基板との間に挟持された液晶層、液晶層に電界を印加する画素電極及び共通電極、液晶層の液晶分子の配向性を制御する配向膜、画素電極に供給される電気信号をスイッチングする薄膜トランジスタ(TFT)等を備えている。液晶分子の駆動方式としては、TN方式、VA方式等の縦電界方式や、IPS(In Plane Switching)方式、FFS(フリンジフィールドスイッチング)方式等の横電界方式が知られている。
現在、工業的に最も普及している液晶配向膜は、電極基板上に形成された、ポリアミック酸及び/又はこれをイミド化したポリイミドからなる膜の表面を、綿、ナイロン、ポリエステル等の布で一方向に擦る、いわゆるラビング処理を行うことで作製されている。ラビング処理は、簡便で生産性に優れた工業的に有用な方法である。しかし、液晶表示素子の高性能化、高精細化、大型化に伴い、ラビング処理で発生する配向膜の表面の傷、発塵、機械的な力や静電気による影響、更には、配向処理面内の不均一性等の種々の問題が明らかとなっている。ラビング処理に代わる配向処理方法としては、偏光された放射線を照射することにより、液晶配向能を付与する光配向法が知られている。光配向法は、光異性化反応を利用したもの、光架橋反応を利用したもの、光分解反応を利用したもの等が提案されている(例えば、非特許文献1、特許文献1、特許文献2参照)。
特開平9-297313号公報 WO2016/152928号公報
「液晶光配向膜」木戸脇、市村 機能材料 1997年11月号 Vol.17、 No.11 13~22ページ
IPS駆動方式やFFS駆動方式の液晶表示素子に用いられる液晶配向膜には、長期交流駆動によって発生する残像(以下、AC残像ともいう)を抑制するための高い配向規制力が必要とされる。また、光配向法により配向処理を行う場合、光の照射量はエネルギーコストや生産スピードに影響を与える因子となるので、少ない光照射量で配向処理できることが好ましい。
しかし、本発明者が検討したところ、少ない光照射量で液晶配向が実現でき、且つAC残像を抑制できる液晶配向膜は、用いる重合体成分が光照射に対して敏感に反応するため、AC残像を抑制できる液晶配向膜が得られる光照射量の範囲が狭いことが明らかとなった。そうすると、液晶表示素子の大画面化を図った際に、得られる液晶配向膜の一部において液晶配向が不完全になり、画像表示を長時間行った際、面内の明るさにバラツキが生じ、表示品位を低下させることが懸念される。
そこで、本発明の目的は、AC残像を抑制できる液晶配向膜が得られる光照射量の範囲を拡大させて、品質のよい液晶配向膜を効率よく得ることのできる液晶配向剤、該液晶配向剤から得られる液晶配向膜及び該液晶配向膜を用いた液晶表示素子を提供することを目的とする。
本発明者は、鋭意研究を進めたところ、特定の成分を含有する液晶配向剤を使用することにより、上記課題を解決可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には下記を要旨とするものである。
下記式(1)で表される繰り返し単位(a1)を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体(A)を含有することを特徴とする液晶配向剤。
Figure 0007343059000001
(式(1)中、RからRはそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数2~6のアルケニル基、炭素数2~6のアルキニル基、フッ素原子を含有する炭素数1~6の1価の有機基、又はフェニル基を表し、RからRの少なくとも一つは上記定義中の水素原子以外の基を表す。R及びZはそれぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す。Yは下記式(H)で表される2価の有機基を表す。)
Figure 0007343059000002
(式(H)中、Ra1~Ra3は、それぞれ独立して、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、又は炭素数1~3の1価の有機基を表す。またRa1~Ra3が複数存在する場合、それぞれ同一でも異なってもよい。Lは、*1-O-C(=O)-*2、又は*1-C(=O)-O-*2を表す。ここで、*1は置換基Ra1を有してもよいベンゼン環と結合し、*2は置換基Ra2を有してもよいベンゼン環と結合する。Lは、*2-O-C(=O)-*3、又は*2-C(=O)-O-*3を表す。ここで、*2は置換基Ra2を有してもよいベンゼン環と結合し、*3は置換基Ra3を有してもよいベンゼン環と結合する。a1~a3は、それぞれ独立して、0~4の整数であり、かつa1+a2+a3≧1を満たす。*は結合手を表す。)
なお、本明細書において、*は、いずれの場合も、結合手を表す。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。
本発明によれば、AC残像を抑制できる液晶配向膜が得られる光照射量の範囲を拡大させて、品質のよい液晶配向膜を効率よく得ることのできる液晶配向剤、該液晶配向剤から得られる液晶配向膜及び該液晶配向膜を用いた液晶表示素子を提供することができる。
本発明の横電界液晶表示素子の一例を示す概略断面図である。 本発明の横電界液晶表示素子の他の例を示す概略断面図である。
<重合体(A)>
本発明の液晶配向剤は、下記式(1)で表される繰り返し単位(a1)を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体(A)を含有する。
Figure 0007343059000003
(式(1)中、RからRはそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数2~6のアルケニル基、炭素数2~6のアルキニル基、フッ素原子を含有する炭素数1~6の1価の有機基、又はフェニル基を表し、RからRの少なくとも一つは上記定義中の水素原子以外の基を表す。R及びZはそれぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す。Yは下記式(H)で表される2価の有機基を表す。)なお、上記定義中の水素原子以外の基とは、ハロゲン原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数2~6のアルケニル基、炭素数2~6のアルキニル基、フッ素原子を含有する炭素数1~6の1価の有機基、及びフェニル基を指す。
Figure 0007343059000004
(式(H)中、Ra1~Ra3は、それぞれ独立して、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、又は炭素数1~3の1価の有機基を表す。またRa1~Ra3が複数存在する場合、それぞれ同一でも異なってもよい。Lは、*1-O-C(=O)-*2、又は*1-C(=O)-O-*2を表す。ここで、*1は置換基Ra1を有してもよいベンゼン環と結合し、*2は置換基Ra2を有してもよいベンゼン環と結合する。Lは、*2-O-C(=O)-*3、又は*2-C(=O)-O-*3を表す。ここで、*2は置換基Ra2を有してもよいベンゼン環と結合し、*3は置換基Ra3を有してもよいベンゼン環と結合する。a1~a3は、それぞれ独立して、0~4の整数であり、かつa1+a2+a3≧1を満たす。*は結合手を表す。)
上記式(H)で表される2価の有機基は、本発明の効果を効率的に得る観点から、下記式(H’)で表される2価の有機基が好ましい。
Figure 0007343059000005
(Ra1~Ra3、L、L、及びa1~a3は、上記式(H)と同義である。*は結合手を表す。)
上記R~Rにおける炭素数1~6のアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基などが挙げられる。上記R~Rにおける炭素数2~6のアルケニル基の具体例としては、ビニル基、プロペニル基、ブチニル基等が挙げられ、これらは直鎖状でも分岐状でもよい。上記R~Rにおける炭素数2~6のアルキニル基の具体例としては、例えばエチニル基、1-プロピニル基、2-プロピニル基等が挙げられる。上記R~Rにおける、フッ素原子を含有する炭素数1~6の1価の有機基としては、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロプロピル基等が挙げられる。より好ましいR~Rの組合せは、光反応性が高い観点から、R~Rが、水素原子又はメチル基であり、RからRの少なくとも一つがメチル基であることが好ましく、RからRの少なくとも2つがメチル基であることがより好ましい。更に好ましいのは、R及びRがメチル基であり、R及びRが水素原子である場合である。
上記式(H)における1価の有機基としては、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルキル基上の水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子で置換されたハロゲン化アルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基、炭素数1~3のアルコキシ基上の水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子で置換されたハロゲン化アルコキシ基、炭素数2~3のアルケニル基が挙げられる。上記炭素数1~3のアルキル基としては、上記R~Rで例示した構造が挙げられ、ハロゲン化アルキル基としては、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロプロピル基等が挙げられる。なかでも、1価の有機基としては、メチル基、若しくはメトキシ基が好ましい。
上記式(H)で表される2価の有機基としては、本発明の効果を効率的に得る観点から、下記式(h-1)~(h-14)のいずれかで表される2価の有機基が好ましい。
Figure 0007343059000006
Figure 0007343059000007
上記重合体(A)は、本発明の効果を効率的に得る観点から、さらに下記式(2)で表される繰り返し単位(a2)を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体であってもよい。即ち、重合体(A)は、式(1)で表される繰り返し単位(a1)と、式(2)で表される繰り返し単位(a2)とを有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体であってもよい。
Figure 0007343059000008
(式(2)中、RからR、R、及びZは、上記式(1)と同義である。Yは下記式(O)で表される2価の有機基を表す。)
Figure 0007343059000009
(式(O)中、Arは、それぞれ独立して、ベンゼン環、ビフェニル構造、又はナフタレン環を表す。Arが有するベンゼン環又はナフタレン環上の任意の水素原子は、ハロゲン原子又は1価の有機基で置き換えられてもよい。Qは-(CH-(nは2~18の整数である。)、又は上記-(CH-の一部を-O-、-C(=O)-及び-O-C(=O)-のいずれかで置き換えた基を表す。)
上記式(O)におけるArが有するベンゼン環又はナフタレン環上の任意の水素原子は、ハロゲン原子、又は1価の有機基(例えば、炭素数1~6のアルキル基、炭素数2~6のアルケニル基、炭素数2~6のアルキニル基、フッ素原子を含有する炭素数1~6の1価の有機基など)で置き換えられてもよい。これらの1価の有機基の具体例として、上記R~Rで例示した構造が挙げられる。
上記式(O)で表される2価の有機基としては、液晶配向性を高める観点から下記式(o-1)~(o-14)のいずれかで表される2価の有機基が好ましい。尚、下記式(o-1)~(o-14)において、nは2~4がより好ましく、2又は4が更に好ましい。式(o-10)において、mは2が好ましい。(o-14)において、mは0又は2がより好ましい。
Figure 0007343059000010
Figure 0007343059000011
(式(o-14)中、2つのmは、それぞれ独立している。)
上記重合体(A)は、本発明の効果を効率的に得る観点から、さらに下記式(2’)で表される繰り返し単位(a2’)及び下記式(3)で表される繰り返し単位(a3)よりなる群から選ばれる少なくとも一つを有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体であってもよい。即ち、重合体(A)は、式(1)で表される繰り返し単位(a1)と、下記式(2’)で表される繰り返し単位(a2’)及び下記式(3)で表される繰り返し単位(a3)よりなる群から選ばれる少なくとも一つと、を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体であってもよい。
Figure 0007343059000012
(式(2’)、及び式(3)中、X2’、及びXは4価の有機基を表し、Y2’は下記式(O2)で表される2価の有機基を表し、Yは基「-N(D)-(Dはカルバメート系保護基を表す。)」を分子内に有し、Dを除く炭素数が6~30の2価の有機基を表す。R、及びZは、上記式(1)と同義である。)
Figure 0007343059000013
(式(O2)中、Ar2’は、それぞれ独立してベンゼン環を表し、該ベンゼン環上の任意の水素原子は、ハロゲン原子、炭素数1~3のアルキル基、又は炭素数1~3のハロゲン化アルキル基で置き換えられてもよい。Q2’は単結合、又は-O-を表す。mは0~2の整数を表す。)
上記式(O2)で表される2価の有機基としては、AC残像の発生が少ない観点から下記式(o2-1)~(o2-12)のいずれかで表される2価の有機基が好ましい。
Figure 0007343059000014
上記YのDはカルバメート系保護基を表し、カルバメート系保護基としては、例えば、tert-ブトキシカルボニル基又は9-フルオレニルメトキシカルボニル基が挙げられる。
上記Yの具体例としては、下記式(Dx)で表される2価の有機基が挙げられる。
Figure 0007343059000015
式中、Qは単結合、-(CH-(nは1~20の整数である)、又は該-(CH-の任意の-CH-が-O-、-COO-、-OCO-、-NQ-、-NQCO-、-CONQ-、-NQ-CO-NQ10-、-NQ-COO-又は-OCOO-で置き換えられた基であり、Q及びQ10はそれぞれ独立して水素原子又は1価の有機基を表し;
及びQはそれぞれ独立して-H、-NHDを有する基(好ましくは、-NHDである。)、又は-N(D)を有する基(好ましくは、-N(D)である。)を表す。但し、m=0の場合、Qはカルバメート系保護基を有し、m=1の場合、Q、Q及びQの少なくとも一つは基中にカルバメート系保護基を有する。また、Q、及びQにおいて、水素原子以外の基を表す場合、好ましい炭素数は1~8である。
上記Q及びQ10の1価の有機基としては、炭素数1~6のアルキル基、炭素数2~6のアルケニル基、炭素数2~6のアルキニル基、フッ素原子を含有する炭素数1~6の1価の有機基が挙げられ、具体例として上記R~Rで例示した構造が挙げられる。
の好ましい具体例としては、AC残像が少ない観点から、下記式(Y3-1)~(Y3-5)のいずれかで表される2価の有機基が挙げられる。「Boc」は、tert-ブトキシカルボニル基を表す。
Figure 0007343059000016
2’、及びXとしては、下記式(g)で表される4価の有機基の他、下記式(X-1)~(X-25)のいずれかで表される4価の有機基、芳香族テトラカルボン酸二無水物に由来する4価の有機基等が挙げられる。本発明の効果を効率的に得る観点から、X2’及びXは、下記式(g)で表される4価の有機基であることがより好ましい。
Figure 0007343059000017
(R、R、R、及びRは、上記式(1)のR、R、R、及びRと同義である。*は結合手を表す。)
Figure 0007343059000018
Figure 0007343059000019
ここで、芳香族テトラカルボン酸二無水物とは、ベンゼン環、ナフタレン環などの芳香環に結合するカルボキシ基が分子内脱水することにより得られる酸二無水物のことである。芳香族テトラカルボン酸二無水物に由来する4価の有機基の具体例を挙げると、下記式(Xa-1)~(Xa-2)のいずれかで表される4価の有機基、下記式(Xr-1)~(Xr-7)のいずれかで表される4価の有機基を挙げることができる。
Figure 0007343059000020
(x及びyは、それぞれ独立に、単結合、エーテル結合、カルボニル基、エステル結合、炭素数1~10のアルカンジイル基、1,4-フェニレン基、スルホニル基又はアミド基である。j及びkは、0又は1の整数である。)
Figure 0007343059000021
上記式(Xa-1)若しくは(Xa-2)で表される4価の有機基は、下記式(Xa-3)~(Xa-19)のいずれかで表される構造でもよい。
Figure 0007343059000022
Figure 0007343059000023
上記重合体(A)は、上記繰り返し単位(a1)、繰り返し単位(a2)、繰り返し単位(a2’)、繰り返し単位(a3)以外に、下記式(4)で表される繰り返し単位(a4)を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体であってもよい。
Figure 0007343059000024
式中、Xは4価の有機基を表し、Yは2価の有機基を表す。R、及びZはそれぞれ上記式(1)のR、及びZと同義である。但し、Yは基「-N(D)-(Dはカルバメート系保護基を表す。)」を分子内に有し、Dを除く炭素数が6~30の2価の有機基及び上記式(O2)で表される2価の有機基以外の構造を表し、更にXが上記式(g)で表される4価の有機基と同義である場合は、Yは上記式(H)で表される2価の有機基、及び上記式(O)で表される2価の有機基以外の構造を表す。Xの具体例としては、X2’、及びXで例示した構造が挙げられる。
の具体例としては、上記X2’で例示した4価の有機基が挙げられる。本発明の効果を効率的に得る観点から、Xは、上記式(g)で表される4価の有機基、又は上記式(X-1)~(X-25)のいずれかで表される4価の有機基がより好ましく、上記式(g)で表される4価の有機基であることがさらに好ましい。
の2価の有機基の具体例としては、上記式(H)で表される2価の有機基、上記式(O)で表される2価の有機基、上記式(O2)で表される2価の有機基、基「-N(D)-(Dはカルバメート系保護基を表す。)」を分子内に有し、Dを除く炭素数が6~30の2価の有機基の他、以下のジアミンから2つのアミノ基を除いた2価の有機基が挙げられる。
4,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,4’-ジアミノジフェニルメタン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン;下記式(g-1)~(g-9)で表されるジアミンなどの光配向性基を有するジアミン;下記式(u-1)~(u-3)で表されるジアミンなどのウレア結合を有するジアミン;下記式(u-4)~(u-6)で表されるジアミンなどのアミド結合を有するジアミン;窒素原子含有複素環、第二級アミノ基及び第三級アミノ基よりなる群から選ばれる少なくとも一種の窒素原子含有構造(以下、窒素原子含有構造ともいう。)を有するジアミン;2,4-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノベンジルアルコール、2,4-ジアミノベンジルアルコール、4,6-ジアミノレゾルシノール;2,4-ジアミノ安息香酸、2,5-ジアミノ安息香酸、3,5-ジアミノ安息香酸及び下記式(3b-1)~式(3b-4)で示されるジアミン化合物などのカルボキシ基を有するジアミン;4-(2-(メチルアミノ)エチル)アニリン、4-(2-アミノエチル)アニリン、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、1-(4-アミノフェニル)-1,3,3-トリメチル-1H-インダン-5-アミン、1-(4-アミノフェニル)-2,3-ジヒドロ-1,3,3-トリメチル-1H-インデン-6-アミン;メタクリル酸2-(2,4-ジアミノフェノキシ)エチル及び2,4-ジアミノ-N,N-ジアリルアニリン等の光重合性基を末端に有するジアミン;コレスタニルオキシ-3,5-ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ-3,5-ジアミノベンゼン、コレスタニルオキシ-2,4-ジアミノベンゼン、3,5-ジアミノ安息香酸コレスタニル、3,5-ジアミノ安息香酸コレステニル、3,5-ジアミノ安息香酸ラノスタニル及び3,6-ビス(4-アミノベンゾイルオキシ)コレスタン等のステロイド骨格を有するジアミン;下記式(V-1)~(V-6)で表されるジアミン;1,3-ビス(3-アミノプロピル)-テトラメチルジシロキサン等のシロキサン結合を有するジアミン;下記式(Ox-1)~(Ox-2)等のオキサゾリン環構造を有するジアミン;1-(4-(2-(2,4-ジアミノフェノキシ)エトキシ)フェニル)-2-ヒドロキシ-2-メチルプロパノン、2-(4-(2-ヒドロキシ-2-メチルプロパノイル)フェノキシ)エチル 3,5-ジアミノベンゾエート、4,4’-ジアミノベンゾフェノン、3,3’-ジアミノベンゾフェノン等のラジカル重合開始剤機能を有するジアミン等のジアミンから2つのアミノ基を除いた2価の有機基、WO2018/117239号公報に記載の式(Y-1)~(Y-167)のいずれかで表される基が挙げられる。
Figure 0007343059000025
Figure 0007343059000026

Figure 0007343059000027
(上記(3b-1)中、Aは単結合、-CH-、-C-、-C(CH-、-CF-、-C(CF-、-O-、-CO-、-NH-、-N(CH)-、-CONH-、-NHCO-、-CHO-、-O-CH-、-COO-、-OCO-、-CO-N(CH)-又は-N(CH)-CO-を示し、m1及びm2はそれぞれ独立して、0~4の整数を示し、かつm1+m2は1~4の整数を示す。式(3b-2)中、m3及びm4はそれぞれ独立して、1~5の整数を示す。式(3b-3)中、Aは炭素数1~5の直鎖又は分岐アルキル基を示し、m5は1~5の整数を示す。式(3b-4)中、A及びAはそれぞれ独立して、単結合、-CH-、-C-、-C(CH-、-CF-、-C(CF-、-O-、-CO-、-NH-、-N(CH)-、-CONH-、-NHCO-、-CHO-、-O-CH-、-COO-、-OCO-、-CO-N(CH)-又は-N(CH)-CO-を示し、m6は1~4の整数を示す。)
Figure 0007343059000028
(上記式(V-1)~(V-6)中、Xv1~Xv4、及びXp1~Xp2は、それぞれ独立に、-(CH-(aは1~15の整数である。)、-CONH-、-NHCO-、-CON(CH)-、-NH-、-O-、-CH-O-、-CH-OCO-、-COO-、又は-OCO-を表し、Xv5は-O-、-CH-O-、-CH-OCO-、-COO-、又は-OCO-を表す。Xは、単結合、-O-、-NH-、-O-(CH-O-(mは1~6の整数を表す。)、-C(CH-、-CO-、-(CH-、-SO-、-O-C(CH-、-CO-(CH-(mは1~6の整数を表す。)、-NH-(CH(mは1~6の整数を表す。)-、-SO-(CH-(mは1~6の整数を表す。)、-CONH-(CH-(mは1~6の整数を表す。)、-CONH-(CH-NHCO-(mは1~6の整数を表す。)、-COO-(CH-OCO-(mは1~6の整数を表す。)、-CONH-、-NH-(CH-NH-(mは1~6の整数を表す。)、又は-SO-(CH-SO-(mは1~6の整数を表す。)を示し、Rv1~Rv4、及びR1a~R1bは、それぞれ独立に、炭素数1~20のアルキル基、炭素数1~20のアルコキシ基又は炭素数2~20のアルコキシアルキル基を示す。式(V-6)において、2つのkは同一であっても異なっていてもよい。)
Figure 0007343059000029
上記窒素原子含有複素環としては、例えば、ピロール、イミダゾール、ピラゾール、トリアゾール、ピリジン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン、インドール、ベンゾイミダゾール、プリン、キノリン、イソキノリン、ナフチリジン、キノキサリン、フタラジン、トリアジン、カルバゾール、アクリジン、ピペリジン、ピペラジン、ピロリジン、ヘキサメチレンイミン等が挙げられる。なかでも、ピリジン、ピリミジン、ピラジン、ピペリジン、ピペラジン、キノリン、カルバゾール又はアクリジンが好ましい。
窒素原子含有構造を有するジアミンが有していてもよい第二級アミノ基及び第三級アミノ基は、例えば、下記式(n)で表される。
Figure 0007343059000030
上記式(n)において、Rは、水素原子又は炭素数1~10の1価の炭化水素基を表す。「*1」は、炭化水素基に結合する結合手を表す。
上記式(n)中のRの1価の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等のアルキル基;シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基、メチルフェニル基等のアリール基等が挙げられる。Rは、好ましくは水素原子又はメチル基である。
窒素原子含有構造を有するジアミンの具体例としては、例えば、2,6-ジアミノピリジン、3,4-ジアミノピリジン、2,4-ジアミノピリミジン、3,6-ジアミノカルバゾール、N-メチル-3,6-ジアミノカルバゾール、N-エチル-3,6-ジアミノカルバゾール、N-フェニル-3,6-ジアミノカルバゾール、1,4-ビス-(4-アミノフェニル)-ピペラジン、3,6-ジアミノアクリジン、下記式(Dp-1)~(Dp-8)で表される化合物、又は下記式(z-1)~式(z-28)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0007343059000031
Figure 0007343059000032
Figure 0007343059000033
Figure 0007343059000034
(式中、Pyはピリジン環又はピリミジン環を表す。)
本発明の効果を効率的に得る観点から、重合体(A)は、繰り返し単位(a1)と繰り返し単位(a1)のイミド化構造との合計を全繰り返し単位の10~100モル%含むことが好ましく、20~100モル%含むことが好ましい。なお、ここでの合計においては、繰り返し単位(a1)と繰り返し単位(a1)のイミド化構造とのいずれかが0モル%である場合も含まれる。以下においても合計という場合、構成要素の1又は2以上が0モル%である場合も含まれる。
重合体(A)が繰り返し単位(a1)及び繰り返し単位(a1)のイミド化構造以外の繰り返し単位を含む場合は、重合体(A)は、繰り返し単位(a1)と繰り返し単位(a1)のイミド化構造との合計を全繰り返し単位の5~95モル%含むことが好ましく、5~90モル%含むことがより好ましく、5~80モル%含むことがさらに好ましい。
本発明の効果を効率的に得る観点から、重合体(A)は、繰り返し単位(a2)と繰り返し単位(a2)のイミド化構造との合計を全繰り返し単位の5~95モル%含むことが好ましく、10~95モル%含むことがより好ましく、20~95モル%含むことがさらに好ましい。
本発明の効果を効率的に得る観点から、重合体(A)は、繰り返し単位(a1)及び繰り返し単位(a2)並びにそれらのイミド化構造の合計を、全繰り返し単位の10モル%以上含むことが好ましく、20モル%以上含むことがより好ましい。重合体(A)が、繰り返し単位(a1)及び繰り返し単位(a2)並びにそれらのイミド化構造以外の繰り返し単位を含む場合は、重合体(A)は、繰り返し単位(a1)及び繰り返し単位(a2)並びにそれらのイミド化構造の合計を、全繰り返し単位の95モル%以下含むことが好ましく、90モル%以下含むことが更に好ましい。
重合体(A)が繰り返し単位(a2’)と繰り返し単位(a2’)のイミド化構造との少なくともいずれかを含む場合、本発明の効果を効率的に得る観点から、重合体(A)は繰り返し単位(a2’)と繰り返し単位(a2’)のイミド化構造との合計を、全繰り返し単位の1~50モル%含むことが好ましく、1~40モル%含むことがより好ましく、1~30モル%含むことがさらに好ましい。
重合体(A)は、本発明の効果を効率的に得る観点から、繰り返し単位(a1)及びそのイミド化構造の少なくともいずれかと、繰り返し単位(a2)及びそのイミド化構造の少なくともいずれかと、繰り返し単位(a2’)及びそのイミド化構造の少なくともいずれかとを含み、繰り返し単位(a1)、繰り返し単位(a2)及び繰り返し単位(a2’)並びにそれらのイミド化構造の合計が全繰り返し単位の30モル%以上であることが好ましく、40モル%以上であることがより好ましい。重合体(A)が、繰り返し単位(a1)、繰り返し単位(a2)及び繰り返し単位(a2’)並びにそれらのイミド化構造以外の繰り返し単位を含む場合は、重合体(A)は、繰り返し単位(a1)、繰り返し単位(a2)及び繰り返し単位(a2’)並びにそれらのイミド化構造の合計を、全繰り返し単位の95モル%以下含むことが好ましく、90モル%以下含むことが更に好ましい。
重合体(A)は、本発明の効果を好適に得る観点から、上記式(g)で表される4価の有機基を有するテトラカルボン酸誘導体由来の構造単位を、重合体(A)が有するテトラカルボン酸誘導体由来の全構造単位1モルに対して、50モル%以上含むことがより好ましく、70モル%以上含むことがさらに好ましく、90モル%以上含むことが特に好ましい。
重合体(A)が繰り返し単位(a3)と繰り返し単位(a3)のイミド化構造との少なくともいずれかを含む場合、本発明の効果を効率的に得る観点から、重合体(A)は繰り返し単位(a3)と繰り返し単位(a3)のイミド化構造との合計を、全繰り返し単位の1~40モル%含むことが好ましく、1~30モル%含むことがより好ましく、1~25モル%含むことがさらに好ましい。
重合体(A)は、繰り返し単位(a2’)及び繰り返し単位(a3)並びにそれらのイミド化構造を含んでも良い。
<重合体(B)>
本発明の液晶配向剤は、上記重合体(A)以外に、上記繰り返し単位(a1)を分子内に有しない重合体(B)を含有してもよい。本発明の効果を効率的に得る観点から、重合体(B)としては、下記式(5)で表される繰り返し単位を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体が挙げられる。
Figure 0007343059000035
(式中、Xは4価の有機基であり、Yは、2価の有機基である。Zは、それぞれ独立して、水素原子、置換基を有してもよい炭素数1~10のアルキル基、置換基を有してもよい炭素数2~10のアルケニル基、置換基を有してもよい炭素数2~10のアルキニル基、tert-ブトキシカルボニル基、又は9-フルオレニルメトキシカルボニル基を表す。Rは、それぞれ独立して、水素原子、又は炭素数1~4のアルキル基を表す。)
上記Xにおける4価の有機基としては、脂肪族テトカルボン酸二無水物に由来する4価の有機基、脂環式テトラカルボン酸二無水物に由来する4価の有機基又は芳香族テトラカルボン酸二無水物に由来する4価の有機基が挙げられ、具体例としては上記X2’、及びXで例示した4価の有機基が挙げられる。本発明の効果を効率的に得る観点から、Xは、上記式(g)で表される4価の有機基、上記式(X-1)~(X-25)のいずれかで表される4価の有機基、上記式(Xa-1)~(Xa-2)で表される4価の有機基又は上記式(Xr-1)~(Xr-7)で表される4価の有機基(これらを総称して特定の4価の有機基ともいう。)が好ましい。
重合体(B)は、本発明の効果を効率的に得る観点において、Xが上記特定の4価の有機基である繰り返し単位を重合体(B)に含まれる全繰り返し単位の5モル%以上含むことが好ましく、10モル%以上含むことがより好ましい。
上記Yにおける2価の有機基としては、上記Yで例示した2価の有機基が挙げられる。残留DC由来の残像が少ない観点において、重合体(B)はYが、上記ウレア結合を有するジアミン、上記アミド結合を有するジアミン、上記窒素原子含有構造を有するジアミン、2,4-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノフェノール、3,5-ジアミノベンジルアルコール、2,4-ジアミノベンジルアルコール、4,6-ジアミノレゾルシノール、上記カルボキシ基を有するジアミンから2つのアミノ基を除いた2価の有機基(これらを総称して特定の2価の有機基ともいう。)である繰り返し単位を含む重合体であることが好ましい。
重合体(B)は、残留DC由来の残像が少ない観点において、Yが上記特定の2価の有機基である繰り返し単位を重合体(B)に含まれる全繰り返し単位の1モル%以上含んでもよく、5モル%以上含んでもよい。
残留DC由来の残像が少ない観点において、重合体(A)と重合体(B)の含有割合が、[重合体(A)]/[重合体(B)]の質量比で10/90~90/10であってもよく、20/80~90/10であってもよく、20/80~80/20であってもよい。
<ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドの製造方法>
本発明に用いられるポリイミド前駆体であるポリアミック酸エステル、及びポリアミック酸並びにこれらのイミド化物であるポリイミドは、例えば、WO2013/157586号公報に記載されるような公知の方法で合成出来る。
より具体的には、ジアミン成分と、テトラカルボン酸誘導体成分と、を溶媒中で(縮重合)反応させることにより行われる。重合体(A)又は(B)の一部にアミック酸構造を含む場合、例えば、テトラカルボン酸二無水物成分とジアミン成分とを反応させることにより、アミック酸構造を有する重合体(ポリアミック酸)が得られる。溶媒としては、生成した重合体が溶解するものであれば特に限定されない。
上記溶媒の具体例としては、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、γ-ブチロラクトン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノンが挙げられる。また、重合体の溶媒溶解性が高い場合は、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、又は下記の式[D-1]~式[D-3]で示される溶媒を用いることができる。
Figure 0007343059000036
(式[D-1]中、Dは炭素数1~3のアルキル基を示し、式[D-2]中、Dは炭素数1~3のアルキル基を示し、式[D-3]中、Dは炭素数1~4のアルキル基を表す。)
これら溶媒は単独で使用しても、混合して使用してもよい。さらに、重合体を溶解させない溶媒であっても、生成した重合体が析出しない範囲で、上記溶媒に混合して使用してもよい。
ジアミン成分とテトラカルボン酸誘導体成分とを溶媒中で反応させる際には、反応は任意の濃度で行うことができるが、好ましくは1~50質量%、より好ましくは5~30質量%である。反応初期は高濃度で行い、その後、溶媒を追加することもできる。
反応においては、ジアミン成分の合計モル数とテトラカルボン酸誘導体成分の合計モル数の比は0.8~1.2であることが好ましい。通常の縮重合反応同様、このモル比が1.0に近いほど生成する重合体(A)、重合体(B)の分子量は大きくなる。
ポリアミック酸エステルは、例えば、[I]上記の方法で得られたポリアミック酸とエステル化剤とを反応させる方法、[II]テトラカルボン酸ジエステルとジアミンとを反応させる方法、[III]テトラカルボン酸ジエステルジハロゲン化物とジアミンとを反応させる方法、などの既知の方法によって得ることができる。
ポリイミドを得る方法としては、上記反応で得られた重合体の溶液をそのまま加熱する熱イミド化、又は重合体の溶液に触媒を添加する触媒イミド化が挙げられる。溶液中で熱イミド化させる場合の温度は、100~400℃、好ましくは120~250℃であり、イミド化反応により生成する水を系外に除きながら行う方が好ましい。
上記触媒イミド化は、反応で得られた重合体の溶液に、塩基性触媒と酸無水物とを添加し、好ましくは-20~250℃、より好ましくは0~180℃で撹拌することにより行うことができる。塩基性触媒の量はアミド酸基の好ましくは0.5~30モル倍、より好ましくは2~20モル倍であり、酸無水物の量はアミド酸基の好ましくは1~50モル倍、より好ましくは3~30モル倍である。塩基性触媒としてはピリジン、トリエチルアミン、トリメチルアミン、トリブチルアミン、トリオクチルアミンなどを挙げることができ、なかでも、ピリジンは反応を進行させるのに適度な塩基性を持つので好ましい。酸無水物としては、無水酢酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸などを挙げることができ、なかでも、無水酢酸を用いると反応終了後の精製が容易となるので好ましい。触媒イミド化によるイミド化率(ポリイミド前駆体の有する全繰り返し単位に対する閉環される繰り返し単位の割合、閉環率ともいう。)は、触媒量と反応温度、反応時間を調節することにより制御することができる。
上記イミド化の反応溶液から、生成したイミド化物を回収する場合には、反応溶液を溶媒に投入して沈殿させればよい。沈殿に用いる溶媒としてはメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、ヘキサン、ブチルセルソルブ、ヘプタン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、トルエン、ベンゼン、水などを挙げることができる。溶媒に投入して沈殿させたポリマーは濾過して回収した後、常圧あるいは減圧下で、常温あるいは加熱して乾燥することができる。
本発明の重合体(A)におけるポリイミドは、上記ポリイミド前駆体の有する繰り返し単位が一部又は全て閉環されている。上記ポリイミドにおいて、イミド化率は好ましくは、20~95%であり、より好ましくは30~95%であり、さらに好ましくは50~95%である。
<重合体の溶液粘度・分子量>
本発明に用いられるポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドは、これを濃度10~15質量%の溶液としたときに、例えば10~1000mPa・sの溶液粘度を持つものが作業性の観点から好ましいが、特に限定されない。なお、上記重合体の溶液粘度(mPa・s)は、当該重合体の良溶媒(例えばγ-ブチロラクトン、N-メチル-2-ピロリドンなど)を用いて調製した濃度10~15質量%の重合体溶液につき、E型回転粘度計を用いて25℃において測定した値である。
上記ポリアミック酸、ポリアミック酸エステル及びポリイミドのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは1,000~500,000であり、より好ましくは2,000~300,000である。また、Mwと、GPCにより測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)との比で表される分子量分布(Mw/Mn)は、好ましくは15以下であり、より好ましくは10以下である。このような分子量範囲にあることで、液晶表示素子の良好な配向性及び安定性を確保することができる。
<末端封止剤>
本発明における重合体(A)、重合体(B)を合成するに際して、上記の如きテトラカルボン酸誘導体成分、及びジアミン成分とともに、適当な末端封止剤を用いて末端封止型の重合体を合成することとしてもよい。末端封止型の重合体は、塗膜によって得られる液晶配向膜の膜硬度の向上や、シール剤と液晶配向膜の密着特性の向上という効果を有する。
本発明における重合体(A)、重合体(B)の末端の例としては、アミノ基、カルボキシル基、酸無水物基又はこれらの誘導体が挙げられる。アミノ基、カルボキシル基、酸無水物基又はこれらの基が誘導される末端基は通常の縮合反応により得るか、又は以下の末端封止剤を用いて末端を封止することにより得ることができ、前記誘導体は、例えば、以下の末端封止剤を用いて、同様に得ることができる。
末端封止剤としては、例えば無水酢酸、無水マレイン酸、無水ナジック酸、無水フタル酸、無水イタコン酸、1,2-シクロヘキサンジカルボン酸無水物、3-ヒドロキシフタル酸無水物、トリメリット酸無水物、3-(3-トリメトキシシリル)プロピル)-3,4-ジヒドロフラン-2,5-ジオン、4,5,6,7-テトラフルオロイソベンゾフラン-1,3-ジオン、4-エチニルフタル酸無水物などの酸無水物;二炭酸ジ-tert-ブチル、二炭酸ジアリルなどの二炭酸ジエステル化合物;アクリロイルクロリド、メタクリロイルクロリド、ニコチン酸クロリドなどのクロロカルボニル化合物;アニリン、2-アミノフェノール、3-アミノフェノール、4-アミノサリチル酸、5-アミノサリチル酸、6-アミノサリチル酸、2-アミノ安息香酸、3-アミノ安息香酸、4-アミノ安息香酸、シクロヘキシルアミン、n-ブチルアミン、n-ペンチルアミン、n-ヘキシルアミン、n-ヘプチルアミン、n-オクチルアミンなどのモノアミン化合物;エチルイソシアネート、フェニルイソシアネート、ナフチルイソシアネートなどのモノイソシアネート化合物などを挙げることができる。
末端封止剤の使用割合は、使用するジアミン成分の合計100モル部に対して、0.01~20モル部とすることが好ましく、0.01~10モル部とすることがより好ましい。
<液晶配向剤>
本発明の液晶配向剤は、重合体(A)及び必要に応じて重合体(B)を含有する。本発明の液晶配向剤は、重合体(A)、重合体(B)に加えて、その他の重合体を含有していてもよい。その他の重合体の種類としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレア、ポリオルガノシロキサン、セルロース誘導体、ポリアセタール、ポリスチレン又はその誘導体、ポリ(スチレン-フェニルマレイミド)誘導体、ポリ(メタ)アクリレートなどを挙げることができる。
液晶配向剤は、液晶配向膜を作製するために用いられるものであり、均一な薄膜を形成させるという観点から、塗布液の形態をとる。本発明の液晶配向剤においても上記した重合体成分と、有機溶媒とを含有する塗布液であることが好ましい。その際、液晶配向剤中の重合体の濃度は、形成させようとする塗膜の厚みの設定によって適宜変更することができる。均一で欠陥のない塗膜を形成させるという点から、1質量%以上が好ましく、溶液の保存安定性の点からは、10質量%以下が好ましい。特に好ましい重合体の濃度は、2~8質量%である。
液晶配向剤に含有される有機溶媒は、重合体成分が均一に溶解するものであれば特に限定されない。その具体例としては、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジメチルラクトアミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、ジメチルスルホキシド、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、N-(n-プロピル)-2-ピロリドン、N-イソプロピル-2-ピロリドン、N-(n-ブチル)-2-ピロリドン、N-(tert-ブチル)-2-ピロリドン、N-(n-ペンチル)-2-ピロリドン、N-メトキシプロピル-2-ピロリドン、N-エトキシエチル-2-ピロリドン、N-メトキシブチル-2-ピロリドン、N-シクロヘキシル-2-ピロリドン(これらを総称して「良溶媒」ともいう)などを挙げられる。なかでも、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド、3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロパンアミド又はγ-ブチロラクトンが好ましい。良溶媒の含有量は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体の20~99質量%であることが好ましく、20~90質量%であることがより好ましく、30~80質量%であることが特に好ましい。
また、液晶配向剤に含有される有機溶媒は、上記溶媒に加えて液晶配向剤を塗布する際の塗布性や塗膜の表面平滑性を向上させる溶媒(貧溶媒ともいう。)を併用した混合溶媒の使用が好ましい。貧溶媒の含有量は、液晶配向剤に含まれる溶媒全体の1~80質量%が好ましく、10~80質量%がより好ましく、20~70質量%が特に好ましい。貧溶媒の種類及び含有量は、液晶配向剤の塗布装置、塗布条件、塗布環境などに応じて適宜選択される。併用する貧溶媒の具体例を下記するが、これらに限定されない。
例えば、ジイソプロピルエーテル、ジイソブチルエーテル、ジイソブチルカルビノール(2,6-ジメチル-4-ヘプタノール)、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、1,2-ブトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、3-エトキシブチルアセタート、1-メチルペンチルアセタート、2-エチルブチルアセタート、2-エチルヘキシルアセタート、エチレングリコールモノアセタート、エチレングリコールジアセタート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、エチレングリコールモノブチルエーテル(ブチルセロソルブ)、エチレングリコールモノイソアミルエーテル、エチレングリコールモノヘキシルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、1-(2-ブトキシエトキシ)-2-プロパノール、2-(2-ブトキシエトキシ)-1-プロパノール、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセタート、プロピレングリコールジアセテート、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、2-(2-エトキシエトキシ)エチルアセタート、ジエチレングリコールアセタート、プロピレングリコールジアセテート、酢酸n-ブチル、酢酸プロピレングリコールモノエチルエーテル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、3-メトキシプロピオン酸プロピル、3-メトキシプロピオン酸ブチル、乳酸n-ブチル、乳酸イソアミル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジイソブチルケトン(2,6-ジメチル-4-ヘプタノン)などを挙げることができる。
なかでも、ジイソブチルカルビノール、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、又はジイソブチルケトンが好ましい。
良溶媒と貧溶媒との好ましい溶媒の組み合わせとしては、N-メチル-2-ピロリドンとエチレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとエチレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、N-エチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールジアセテート、N,N-ジメチルラクトアミドとジイソブチルケトン、N-メチル-2-ピロリドンと3-エトキシプロピオン酸エチル、N-エチル-2-ピロリドンと3-エトキシプロピオン酸エチル、N-メチル-2-ピロリドンとエチレングリコールモノブチルエーテルアセタート、N-エチル-2-ピロリドンとジプロピレングリコールジメチルエーテル、N,N-ジメチルラクトアミドとエチレングリコールモノブチルエーテル、N,N-ジメチルラクトアミドとプロピレングリコールジアセテート、N-エチル-2-ピロリドンとジエチレングリコールジエチルエーテル、N,N-ジメチルラクトアミドとジエチレングリコールジエチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとジエチレングリコールジエチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとN-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノン、N-エチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとジイソブチルケトン、N-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとジプロピレングリコールモノメチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとプロピレングリコールモノブチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとプロピレングリコールジアセテート、γ-ブチロラクトンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとジイソブチルケトン、γ-ブチロラクトンと4-ヒドロキシ-4-メチル-2-ペンタノンとプロピレングリコールジアセテート、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジイソブチルケトン、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジイソプロピルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジイソブチルカルビノール、N-メチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとジプロピレングリコールジメチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジプロピレングリコールジメチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジプロピレングリコールモノメチルエーテル、N-エチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとプロピレングリコールジアセテート、N-エチル-2-ピロリドンとプロピレングリコールモノブチルエーテルとジイソブチルケトン、N-エチル-2-ピロリドンとγ-ブチロラクトンとジイソブチルケトン、N-エチル-2-ピロリドンとN,N-ジメチルラクトアミドとジイソブチルケトンなどを挙げることができる。
本発明の液晶配向剤は、重合体成分及び有機溶媒以外の成分(以下、添加剤成分ともいう。)を追加的に含有してもよい。このような添加剤成分としては、液晶配向膜と基板との密着性や液晶配向膜とシール剤との密着性を高めるための密着助剤、液晶配向膜の強度を高めるための化合物(以下、架橋性化合物ともいう。)、液晶配向膜の誘電率や電気抵抗を調整するための誘電体や導電物質などが挙げられる。
上記架橋性化合物として、AC残像に対して良好な耐性を発現し、膜強度の改善が高い観点から、オキシラニル基、オキセタニル基、保護イソシアネート基、保護イソチオシアネート基、オキサゾリン環構造を含む基、メルドラム酸構造を含む基、シクロカーボネート基、及び下記式(d)で表される基よりなる群から選ばれる少なくとも1種の基を有する化合物、並びに下記式(e)で表される化合物、よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物であってもよい。
Figure 0007343059000037
(式(d)中、R及びRは、それぞれ独立に水素原子、炭素数1~3のアルキル基又は「*-CH-OH」である。式(e)中、Aは芳香環を有する(m+n)価の有機基を表し、Rは、水素原子又は炭素数1~5のアルキル基を表し、mは1~6の整数を表し、nは0~4の整数を表す。上記芳香環上の任意の水素原子は、ハロゲン原子、炭素数1~10のアルキル基、炭素数2~10のアルケニル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のフルオロアルキル基、炭素数2~10のフルオロアルケニル基又は炭素数1~10のフルオロアルコキシ基で置き換えられてもよい。)
オキシラニル基を有する化合物の具体例としては、日本特開平10-338880号公報の段落[0037]に記載の化合物や、WO2017/170483号公報に記載のトリアジン環を骨格にもつ化合物などの、2個以上のオキシラニル基を有する化合物が挙げられる。これらのうち、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-m-キシリレンジアミン、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-p-フェニレンジアミン、下記式(r-1)~(r-3)で表される化合物などの窒素原子を含有する化合物であってもよい。
Figure 0007343059000038
オキセタニル基を有する化合物の具体例としては、WO2011/132751号公報の段落[0170]~[0175]に記載の2個以上のオキセタニル基を有する化合物等が挙げられる。
保護イソシアネート基を有する化合物の具体例としては、日本特開2014-224978号公報の段落[0046]~[0047]に記載の2個以上の保護イソシアネート基を有する化合物、WO2015/141598号公報の段落[0119]~[0120]に記載の3個以上の保護イソシアネート基を有する化合物等が挙げられ、下記式(bi-1)~(bi-3)で表される化合物であってもよい。
Figure 0007343059000039
保護イソチオシアネート基を有する化合物の具体例としては、日本特開2016-200798号公報に記載の、2個以上の保護イソチオシアネート基を有する化合物が挙げられる。
オキサゾリン環構造を含む基を有する化合物の具体例としては、日本特開2007-286597号公報の段落[0115]に記載の、2個以上のオキサゾリン構造を含む化合物が挙げられる。
メルドラム酸構造を含む基を有する化合物の具体例としては、WO2012/091088号公報に記載の、メルドラム酸構造を2個以上有する化合物が挙げられる。
シクロカーボネート基を有する化合物の具体例としては、WO2011/155577号公報に記載の化合物が挙げられる。
上記式(d)で表される基のR、Rの炭素数1~3のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基が挙げられる。
上記式(d)で表される基を有する化合物の具体例としては、WO2015/072554号公報や、日本特開2016-118753号公報の段落[0058]に記載の、上記式(d)で表される基を2個以上有する化合物、日本特開2016-200798号公報に記載の化合物等が挙げられ、下記式(hd-1)~(hd-8)で表される化合物であってもよい。
Figure 0007343059000040
上記式(e)のAにおける芳香環を有する(m+n)価の有機基としては、炭素数6~30の(m+n)価の芳香族炭化水素基、炭素数6~30の芳香族炭化水素基が直接又は連結基を介して結合した(m+n)価の有機基、芳香族複素環を有する(m+n)価の基が挙げられる。上記芳香族炭化水素基としては、例えばベンゼン、ナフタレンなどが挙げられる。芳香族複素環としては、例えばピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン環、キノリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、ピリダジン環、ピラジン環、ベンゾイミダゾール環、インドール環、キノキサリン環、アクリジン環などが挙げられる。上記連結基としては、炭素数1~10のアルキレン基、-NR-(Rは水素原子又は炭素数1~6のアルキル基)、又は上記アルキレン基から水素原子を一つ除いた基、2価又は3価のシクロヘキサン環等が挙げられる。尚、上記アルキレン基の任意の水素原子は、炭素数1~6のアルキル基、フッ素原子又はトリフルオロメチル基などの有機基で置換されてもよい。上記式(e)のRにおける炭素数1~5のアルキル基としては、上記式(1)におけるR~Rで例示したアルキル基の具体例が挙げられる。
上記式(e)の具体例を挙げるならば、WO2010/074269号公報に記載の化合物、下記式(e-1)~(e-10)で表される化合物が挙げられる。
Figure 0007343059000041
上記化合物は架橋性化合物の一例であり、これらに限定されるものではない。例えば、WO2015/060357号公報の53頁[0105]~55頁[0116]に開示されている上記以外の成分などが挙げられる。また、架橋性化合物は、2種類以上組み合わせてもよい。
本発明の液晶配向剤における、架橋性化合物の含有量は、液晶配向剤に含まれる重合体成分100質量部に対して、0.5~20質量部であることが好ましく、架橋反応が進行し、かつAC残像に対して良好な耐性を発現する観点から、より好ましくは1~15質量部である。
上記密着助剤としては、例えば3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルジエトキシメチルシラン、2-アミノプロピルトリメトキシシラン、2-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリメトキシシラン、3-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、N-エトキシカルボニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-エトキシカルボニル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-(3-トリエトキシシリルプロピル)トリエチレンテトラミン、N-(3-トリメトキシシリルプロピル)トリエチレンテトラミン、10-トリメトキシシリル-1,4,7-トリアザデカン、10-トリエトキシシリル-1,4,7-トリアザデカン、9-トリメトキシシリル-3,6-ジアザノニルアセテート、9-トリエトキシシリル-3,6-ジアザノニルアセテート、N-ベンジル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-ベンジル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、2-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、p-スチリルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、3-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のシランカップリング剤が挙げられる。シランカップリング剤を使用する場合は、AC残像に対して良好な耐性を発現する観点から、液晶配向剤に含まれる重合体成分100質量部に対して0.1~30質量部であることが好ましく、0.1~20質量部であることがより好ましい。
<液晶配向膜・液晶表示素子>
本発明の液晶配向膜は、上記液晶配向剤から得られる。本発明の液晶配向膜は、水平配向型若しくは垂直配向型(VA型)の液晶配向膜に用いることができるが、中でもIPS方式又はFFS方式等の水平配向型の液晶表示素子に好適な液晶配向膜である。また、光配向処理法用の液晶配向膜により好ましく用いられる。本発明の液晶表示素子は、上記液晶配向膜を具備するものである。本発明の液晶表示素子は、例えば以下の工程(1)~(3)及び(5)或いは工程(1)~(2)及び(5)を含む方法により製造することができる。より好ましくは、工程(1)~(5)を含む方法により製造される。
<工程(1):液晶配向剤を基板上に塗布する工程>
パターニングされた透明導電膜が設けられている基板の一面に、本発明の液晶配向剤を、例えばロールコーター法、スピンコート法、印刷法、インクジェット法などの適宜の塗布方法により塗布する。ここで基板としては、透明性の高い基板であれば特に限定されず、ガラス基板、窒化珪素基板とともに、アクリル基板やポリカーボネート基板等のプラスチック基板等を用いることもできる。また、反射型の液晶表示素子では、片側の基板のみにならば、シリコンウエハー等の不透明な物でも使用でき、この場合の電極にはアルミニウム等の光を反射する材料も使用できる。また、IPS型又はFFS型の液晶素子を製造する場合には、櫛歯型にパターニングされた透明導電膜又は金属膜からなる電極が設けられている基板と、電極が設けられていない対向基板とを用いる。
液晶配向剤を基板に塗布し、成膜する方法としては、スクリーン印刷、オフセット印刷、フレキソ印刷、インクジェット法、又はスプレー法等が挙げられる。なかでも、インクジェット法による塗布、成膜法が好適に使用できる。
<工程(2):塗布した液晶配向剤を焼成する工程>
工程(2)は、基板上に塗布した液晶配向剤を焼成し、膜を形成する工程である。液晶配向剤を基板上に塗布した後は、ホットプレート、熱循環型オーブン又はIR(赤外線)型オーブンなどの加熱手段により、溶媒を蒸発させたり、ポリアミック酸又はポリアミック酸エステルの熱イミド化を行ったりすることができる。本発明の液晶配向剤を塗布した後の乾燥、焼成工程は、任意の温度と時間を選択することができ、複数回行ってもよい。液晶配向剤を焼成する温度としては、例えば40~180℃で行うことができる。プロセスを短縮する観点で、40~150℃で行ってもよい。焼成時間としては特に限定されないが、1~10分又は、1~5分が挙げられる。ポリアミック酸又はポリアミック酸エステルの熱イミド化を行う場合には、上記焼成工程の後、例えば150~300℃、又は150~250℃の温度範囲で焼成する工程ができる。焼成時間としては特に限定されないが、5~40分、又は、5~30分の焼成時間が挙げられる。
焼成後の膜状物は、薄すぎると液晶表示素子の信頼性が低下する場合があるので、5~300nmが好ましく、10~200nmがより好ましい。
<工程(3):工程(2)で得られた膜に配向処理する工程>
工程(3)は、場合により、工程(2)で得られた膜に配向処理する工程である。即ち、IPS方式又はFFS方式等の水平配向型の液晶表示素子では該塗膜に対し配向能付与処理を行う。一方、VA方式又はPSAモード等の垂直配向型の液晶表示素子では、形成した塗膜をそのまま液晶配向膜として使用することができるが、該塗膜に対し配向能付与処理を施してもよい。液晶配向膜の配向処理方法としては、ラビング処理法、光配向処理法が挙げられ、光配向処理法がより好適である。光配向処理法としては、上記膜状物の表面に、一定方向に偏向された放射線を照射し、場合により、好ましくは、150~250℃の温度で加熱処理を行い、液晶配向性(液晶配向能ともいう)を付与する方法が挙げられる。放射線としては、100~800nmの波長を有する紫外線又は可視光線を用いることができる。なかでも、好ましくは100~400nm、より好ましくは、200~400nmの波長を有する紫外線である。
上記放射線の照射量は、1~10,000mJ/cmが好ましく、100~5,000mJ/cmがより好ましく、100~1,500mJ/cmがさらに好ましく、100~1,000mJ/cmが特に好ましく、100~400mJ/cmがより一層好ましい。通常の液晶配向剤を使用した場合には、配向処理における光照射量は、100~5,000mJ/cmであるが、本発明の液晶配向剤においては、配向処理における光照射量を低減させても、液晶配向膜面内での液晶配向性のバラツキ(不均一性)が抑制された液晶配向膜を得ることができる。
また、放射線を照射する場合、液晶配向性を改善するために、上記膜状物を有する基板を、50~250℃で加熱しながら照射してもよい。このようにして作製した上記液晶配向膜は、液晶分子を一定の方向に安定して配向させることができる。
更に、上記の方法で、偏光された放射線を照射した液晶配向膜に、水や溶媒を用いて、接触処理するか、放射線を照射した液晶配向膜を加熱処理することもできる。
上記接触処理に使用する溶媒としては、放射線の照射によって膜状物から生成した分解物を溶解する溶媒であれば、特に限定されるものではない。具体例としては、水、メタノール、エタノール、2-プロパノール、アセトン、メチルエチルケトン、1-メトキシ-2-プロパノール、1-メトキシ-2-プロパノールアセテート、ブチルセロソルブ、乳酸エチル、乳酸メチル、ジアセトンアルコール、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-エトキシプロピオン酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸シクロヘキシル等が挙げられる。なかでも、汎用性や溶媒の安全性の点から、水、2-プロパンール、1-メトキシ-2-プロパノール又は乳酸エチルが好ましい。より好ましいのは、水、1-メトキシ-2-プロパノール又は乳酸エチルである。溶媒は、1種類でも、2種類以上組み合わせてもよい。
<工程(4):工程(3)で配向処理された膜に対して50~300℃の加熱処理を行う工程>
上記の放射線を照射した塗膜に対して加熱処理を行ってもよい。
上記の放射線を照射した塗膜に対する加熱処理の温度は、50~300℃が好ましく、120~250℃がより好ましい。加熱処理の時間としては、それぞれ1~30分とすることが好ましい。
<工程(5):液晶セルを作製する工程>
上記のようにして液晶配向膜が形成された基板を2枚準備し、対向配置した2枚の基板間に液晶を配置する。具体的には以下の2つの方法が挙げられる。第一の方法は、先ず、それぞれの液晶配向膜が対向するように間隙(セルギャップ)を介して2枚の基板を対向配置する。次いで、2枚の基板の周辺部をシール剤を用いて貼り合わせ、基板表面及びシール剤により区画されたセルギャップ内に液晶組成物を注入充填して膜面に接触した後、注入孔を封止する。
また、第二の方法は、ODF(One Drop Fill)方式と呼ばれる手法である。液晶配向膜を形成した2枚の基板のうちの一方の基板上の所定の場所に、例えば紫外光硬化性のシール剤を塗布し、更に液晶配向膜面上の所定の数箇所に液晶組成物を滴下する。その後、液晶配向膜が対向するように他方の基板を貼り合わせて液晶組成物を基板の全面に押し広げて膜面に接触させる。次いで、基板の全面に紫外光を照射してシール剤を硬化する。いずれの方法による場合でも、更に、用いた液晶組成物が等方相をとる温度まで加熱した後、室温まで徐冷することにより、液晶充填時の流動配向を除去することが望ましい。
なお、塗膜に対してラビング処理を行った場合には、2枚の基板は、各塗膜におけるラビング方向が互いに所定の角度、例えば直交又は逆平行となるように対向配置される。
シール剤としては、例えば硬化剤及びスペーサーとしての酸化アルミニウム球を含有するエポキシ樹脂等を用いることができる。液晶としては、ネマチック液晶及びスメクチック液晶を挙げることができ、その中でもネマチック液晶が好ましい。
そして、必要に応じて液晶セルの外側表面に偏光板を貼り合わせることにより液晶表示素子を得ることができる。液晶セルの外表面に貼り合わされる偏光板としては、ポリビニルアルコールを延伸配向させながらヨウ素を吸収させた「H膜」と称される偏光フィルムを酢酸セルロース保護膜で挟んだ偏光板又はH膜そのものからなる偏光板を挙げることができる。
IPS(In-Plane Switching)モードにおいて使用される櫛歯電極基板であるIPS基板は、基材と、基材上に形成され、櫛歯状に配置された複数の線状電極と、基材上に線状電極を覆うように形成された液晶配向膜とを有する。
なお、FFS(Frindge Field Switching)モードにおいて使用される櫛歯電極基板であるFFS基板は、基材と、基材上に形成された面電極と、面電極上に形成された絶縁膜と、絶縁膜上に形成され、櫛歯状に配置された複数の線状電極と、絶縁膜上に線状電極を覆うように形成された液晶配向膜とを有する。
図1は、本発明の横電界液晶表示素子の一例を示す概略断面図であり、IPSモード液晶表示素子の例である。
図1に例示する横電界液晶表示素子1においては、液晶配向膜2cを具備する櫛歯電極基板2と液晶配向膜4aを具備する対向基板4との間に、液晶3が挟持されている。櫛歯電極基板2は、基材2aと、基材2a上に形成され、櫛歯状に配置された複数の線状電極2bと、基材2a上に線状電極2bを覆うように形成された液晶配向膜2cとを有している。対向基板4は、基材4bと、基材4b上に形成された液晶配向膜4aとを有している。液晶配向膜2cは、例えば、本発明の液晶配向膜である。液晶配向膜4cも同様に本発明の液晶配向膜である。
この横電界液晶表示素子1においては、線状電極2bに電圧が印加されると、電気力線Lで示すように線状電極2b間で電界が発生する。
図2は、本発明の横電界液晶表示素子の他の例を示す概略断面図であり、FFSモード液晶表示素子の例である。
図2に例示する横電界液晶表示素子1においては、液晶配向膜2hを具備する櫛歯電極基板2と液晶配向膜4aを具備する対向基板4との間に、液晶3が挟持されている。櫛歯電極基板2は、基材2dと、基材2d上に形成された面電極2eと、面電極2e上に形成された絶縁膜2fと、絶縁膜2f上に形成され、櫛歯状に配置された複数の線状電極2gと、絶縁膜2f上に線状電極2gを覆うように形成された液晶配向膜2hとを有している。対向基板4は、基材4bと、基材4b上に形成された液晶配向膜4aとを有している。液晶配向膜2hは、例えば、本発明の液晶配向膜である。液晶配向膜4aも同様に本発明の液晶配向膜である。
この横電界液晶表示素子1においては、面電極2eおよび線状電極2gに電圧が印加されると、電気力線Lで示すように面電極2eおよび線状電極2g間で電界が発生する。
以下に実施例を挙げ、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下における化合物の略号及び各特性の測定方法は、次のとおりである。
(溶媒)
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
BCS:ブチルセロソルブ
(ジアミン)
DA-1:p-フェニレンジアミン
DA-2:1,2-ビス(4-アミノフェノキシ)エタン
DA-3:下記式(DA-3)参照
DA-4:下記式(DA-4)参照
DA-5:下記式(DA-5)参照
DA-6:下記式(DA-6)参照
DA-7:1,3-ビス(4-アミノフェネチル)ウレア
DA-8:4-(2-メチルアミノエチル)アニリン
(テトラカルボン酸二無水物)
TA-1:1,3-ジメチル-1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
TA-2:1,2,3,4-シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
Figure 0007343059000042
「Boc」はtert-ブトキシカルボニル基を表す。「Me」はメチル基を表す。
[粘度]
溶液の粘度は、E型粘度計TVE-22H(東機産業社製)を用い、サンプル量1.1mL、コーンロータTE-1(1°34’、R24)、温度25℃で測定した。
[重合体の合成例]
<合成例1>
撹拌装置及び窒素導入管付きの50mL四つ口フラスコに、DA-1を0.173g(1.60mmol)、DA-2を0.586g(2.40mmol)、DA-4を0.836g(2.40mmol)及びDA-3を0.638g(1.60mmol)量り取り、NMPを28.9g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、TA-1を1.704g(7.60mmol)添加し、50℃で20時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(PAA-1)を得た。このポリアミック酸溶液の粘度は840mPa・sであった。
<合成例2>
撹拌装置及び窒素導入管付きの50mL四つ口フラスコに、DA-1を0.130g(1.20mmol)、DA-2を0.440g(1.80mmol)、DA-5を0.678g(1.80mmol)及びDA-3を0.478g(1.20mmol)量り取り、NMPを21.9g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、TA-1を1.264g(5.64mmol)添加し、50℃で20時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(PAA-2)を得た。このポリアミック酸溶液の粘度は394mPa・sであった。
<合成例3>
撹拌装置及び窒素導入管付きの50mL四つ口フラスコに、DA-1を0.076g(0.70mmol)、DA-2を0.257g(1.05mmol)、DA-6を0.429g(1.05mmol)及びDA-3を0.279g(0.70mmol)量り取り、NMPを13.3g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、TA-1を0.738g(3.29mmol)添加し、50℃で20時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(PAA-3)を得た。このポリアミック酸溶液の粘度は374mPa・sであった。
<合成例4>
撹拌装置及び窒素導入管付きの500mL四つ口フラスコに、DA-8を9.01g(60.0mmol)、及びDA-7を26.8g(89.8mmol)取り、NMPを290g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を水冷下で撹拌しながらTA-2を27.9g(142mmol)添加し、NMPを71.4g加えて23℃で2時間撹拌してポリアミック酸の溶液(PAA-4)を得た。
このポリアミック酸の溶液の粘度は750mPa・sであった。
<合成例5>
撹拌装置及び窒素導入管付きの50mL四つ口フラスコに、DA-1を0.108g(1.00mmol)、DA-2を0.366g(1.50mmol)、DA-5を0.565g(1.50mmol)及びDA-3を0.399g(1.00mmol)量り取り、NMPを17.2g加えて、窒素を送りながら撹拌し溶解させた。このジアミン溶液を撹拌しながら、TA-2を0.912g(4.65mmol)添加し、40℃で24時間撹拌して、ポリアミック酸溶液(PAA-5)を得た。このポリアミック酸溶液の粘度は373mPa・sであった。
[液晶配向剤の調製]
<実施例1>
合成例2で得られた12質量%のポリアミック酸溶液(PAA-2)5.00gを20mL三角フラスコに取り、NMPを3.40g、及びBCSを3.60g加え、25℃にて2時間混合して、液晶配向剤(A1)を得た。この液晶配向剤に濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<実施例2>
合成例3で得られた12質量%のポリアミック酸溶液(PAA-3)5.00gを20mL三角フラスコに取り、NMPを3.40g、及びBCSを3.60g加え、25℃にて2時間混合して、液晶配向剤(A2)を得た。この液晶配向剤に濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<実施例3>
合成例2で得られた12質量%のポリアミック酸溶液(PAA-2)0.83gと合成例4で得られた15質量%のポリアミック酸溶液(PAA-4)2.67gを20mL三角フラスコに取り、NMPを4.50g、及びBCSを2.00g加え、25℃にて2時間混合して、液晶配向剤(A3)を得た。この液晶配向剤に濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<実施例4>
合成例3で得られた12質量%のポリアミック酸溶液(PAA-3)0.83gと合成例4で得られた15質量%のポリアミック酸溶液(PAA-4)2.67gを20mL三角フラスコに取り、NMPを4.50g、及びBCSを2.00g加え、25℃にて2時間混合して、液晶配向剤(A4)を得た。この液晶配向剤に濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<比較例1>
合成例1で得られた12質量%のポリアミック酸溶液(PAA-1)5.00gを20mL三角フラスコに取り、NMPを3.40g、及びBCSを3.60g加え、25℃にて2時間混合して、液晶配向剤(B1)を得た。この液晶配向剤に濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<比較例2>
合成例1で得られた12質量%のポリアミック酸溶液(PAA-1)0.83gと合成例4で得られた15質量%のポリアミック酸溶液(PAA-4)2.67gを20mL三角フラスコに取り、NMPを4.50g、BCSを2.00g加え、25℃にて2時間混合して、液晶配向剤(B2)を得た。この液晶配向剤に濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<比較例3>
合成例5で得られた12質量%のポリアミック酸溶液(PAA-5)5.00gを20mL三角フラスコに取り、NMPを3.40g、及びBCSを3.60g加え、25℃にて2時間混合して、液晶配向剤(B3)を得た。この液晶配向剤に濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
<比較例4>
合成例5で得られた12質量%のポリアミック酸溶液(PAA-5)0.83gと合成例4で得られた15質量%のポリアミック酸溶液(PAA-4)2.67gを20mL三角フラスコに取り、NMPを4.50g、BCSを2.00g加え、25℃にて2時間混合して、液晶配向剤(B4)を得た。この液晶配向剤に濁りや析出などの異常は見られず、均一な溶液であることが確認された。
Figure 0007343059000043
以上のようにして得られた液晶配向剤を用いて以下に示す手順でFFS駆動液晶セルを作製し、特性評価を行った。
[液晶セルの作製]
フリンジフィールドスィッチング(Fringe Field Switching:FFS)モード液晶表示素子の構成を備えた液晶セルを作製した。
始めに、電極付きの基板を準備した。基板は、30mm×35mmの大きさで、厚さが0.7mmのガラス基板であった。基板上には第1層目として対向電極を構成する、ベタ状のパターンを備えたITO電極が形成されていた。第1層目の対向電極の上には第2層目として、CVD法により成膜されたSiN(窒化珪素)膜が形成されていた。第2層目のSiN膜の膜厚は500nmであり、層間絶縁膜として機能する膜厚であった。第2層目のSiN膜の上には、第3層目としてITO膜をパターニングして形成された櫛歯状の画素電極が配置され、第1画素及び第2画素の2つの画素を形成している。各画素のサイズは、縦6mmで横約5mmであった。このとき、第1層目の対向電極と第3層目の画素電極とは、第2層目のSiN膜の作用により電気的に絶縁されていた。
第3層目の画素電極は、中央部分が内角160°で屈曲した「くの字」形状の電極要素を複数配列して構成された櫛歯状の形状を有していた。各電極要素の短手方向の幅は3μmであり、電極要素間の間隔は6μmであった。各画素を形成する画素電極が、中央部分の屈曲した「くの字」形状の電極要素を複数配列して構成されているため、各画素の形状は長方形状ではなく、電極要素と同様に中央部分で屈曲する、太字の「くの字」に似た形状を備えていた。そして、各画素は、その中央の屈曲部分を境にして上下に分割され、屈曲部分の上側の第1領域と下側の第2領域を有していた。
次に、液晶配向剤を1.0μmのフィルターで濾過した後、準備された上記電極付き基板(第1のガラス基板)と裏面にITO膜が成膜されている高さ4μmの柱状スペーサーを有するガラス基板(第2のガラス基板)に、スピンコート塗布にて塗布した。80℃のホットプレート上で2分間乾燥させた後、230℃の熱風循環式オーブンで30分間焼成を行い、膜厚100nmの塗膜を形成させた。この塗膜面に偏光板を介して消光比10:1以上の直線偏光した波長254nmの紫外線を250~550mJ/cmの範囲内の露光量で照射した。なお、第1のガラス基板に形成する液晶配向膜は、画素屈曲部の内角を等分する方向と液晶の配向方向とが直交するように配向処理し、第2のガラス基板に形成する液晶配向膜は、液晶セルを作製した時に第1のガラス基板上の液晶の配向方向と第2のガラス基板上の液晶の配向方向とが一致するように配向処理する。この基板を、230℃の熱風循環式オーブンでさらに30分間焼成し、液晶配向膜付き基板を得た。上記2枚の基板を一組とし、基板上にシール剤を印刷し、もう1枚の基板を、液晶配向膜面が向き合い配向方向が0°になるようにして張り合わせた後、シール剤を硬化させて空セルを作製した。この空セルに減圧注入法によって、液晶MLC-3019(メルク社製)を注入し、注入口を封止して、FFS駆動液晶セルを得た。その後、得られた液晶セルを110℃で1時間加熱し、一晩放置してから各評価に使用した。
[長期交流駆動による残像評価]
上記した液晶セルを用い、60℃の恒温環境下、周波数60Hzで±5Vの交流電圧を120時間印加した。その後、液晶セルの画素電極と対向電極との間をショートさせた状態にし、そのまま室温で一日放置した。
一日放置した後、偏光軸が直交するように配置された2枚の偏光板の間に液晶セルを設置し、電圧無印加の状態でバックライトを点灯させておき、透過光の輝度が最も小さくなるように液晶セルの配置角度を調整した。そして、第1画素の第2領域が最も暗くなる角度から第1画素の第1領域が最も暗くなる角度まで液晶セルを回転させたときの回転角度を角度Δとして算出した。第2画素でも同様に、第2領域と第1領域とを比較し同様の角度Δを算出した。第1画素から算出した角度Δと、第2画素から算出した角度Δを用いて、角度Δの平均値を算出した。
<評価結果>
上記実施例1~4で得られた液晶配向剤(A1)~(A4)を使用して得られた液晶表示素子、及び上記比較例1~4で得られた液晶配向剤(B1)~(B4を使用して得られた液晶表示素子に関しての評価結果を表2に示す。
Figure 0007343059000044
実施例1~2で得られた液晶配向剤(A1)~(A2)は、比較例1、3で得られた液晶配向剤(B1)、(B3)よりも、長期交流駆動による残像が軽微であった。また、実施例3~4で得られた液晶配向剤(A3)~(A4)は、比較例2、4で得られた液晶配向剤(B2)、(B4)よりも、長期交流駆動による残像が軽微であった。
本発明の液晶配向剤を用いることにより、IPS、FFS駆動方式の液晶表示素子において、長期交流駆動により生じる残像が抑制された液晶配向膜を得ることができる。そのため、高い表示品位が求められる液晶表示素子における利用が期待できる。
1 横電界液晶表示素子
2 櫛歯電極基板
2a 基材
2b 線状電極
2c 液晶配向膜
2d 基材
2e 面電極
2f 絶縁膜
2g 線状電極
2h 液晶配向膜
3 液晶
4 対向基板
4a 液晶配向膜
4b 基材
L 電気力線

Claims (16)

  1. 下記式(1)で表される繰り返し単位(a1)を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体(A)を含有することを特徴とする液晶配向剤。
    Figure 0007343059000045
    (式(1)中、RからRはそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数2~6のアルケニル基、炭素数2~6のアルキニル基、フッ素原子を含有する炭素数1~6の1価の有機基、又はフェニル基を表し、RからRの少なくとも一つは上記定義中の水素原子以外の基を表す。R及びZはそれぞれ独立して、水素原子又は炭素数1~6のアルキル基を表す。Yは下記式(H)で表される2価の有機基を表す。)
    Figure 0007343059000046
    (式(H)中、Ra1~Ra3は、それぞれ独立して、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、又は炭素数1~3の1価の有機基を表す。またRa1~Ra3が複数存在する場合、それぞれ同一でも異なってもよい。Lは、*1-O-C(=O)-*2、又は*1-C(=O)-O-*2を表す。ここで、*1は置換基Ra1を有してもよいベンゼン環と結合し、*2は置換基Ra2を有してもよいベンゼン環と結合する。Lは、*2-O-C(=O)-*3、又は*2-C(=O)-O-*3を表す。ここで、*2は置換基Ra2を有してもよいベンゼン環と結合し、*3は置換基Ra3を有してもよいベンゼン環と結合する。 は、置換基R a2 を有してもよいベンゼン環に、L に対してパラ位で結合する。a1~a3は、それぞれ独立して、0~4の整数であり、かつa1+a2+a3≧1を満たす。*は結合手を表す。)
  2. 前記式(H)における前記1価の有機基が、炭素数1~3のアルキル基、炭素数1~3のアルキル基上の水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子で置換されたハロゲン化アルキル基、炭素数1~3のアルコキシ基、炭素数1~3のアルコキシ基上の水素原子の少なくとも一部がハロゲン原子で置換されたハロゲン化アルコキシ基又は炭素数2~3のアルケニル基である、請求項1に記載の液晶配向剤。
  3. 前記式(H)で表される2価の有機基が、下記式(h-1)~(h-14)のいずれかで表される2価の有機基である、請求項1又は2に記載の液晶配向剤。
    Figure 0007343059000047
    Figure 0007343059000048
    (式(h-1)~(h-2)、及び(h-4)~(h-14)中、*は結合手を表す。)
  4. 前記重合体(A)が、さらに下記式(2)で表される繰り返し単位(a2)を有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体である、請求項1~3のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
    Figure 0007343059000049
    (式(2)中、RからR、R、及びZは、前記式(1)と同義である。Yは下記式(O)で表される2価の有機基を表す。)
    Figure 0007343059000050
    (式(O)中、Arは、それぞれ独立して、ベンゼン環、ビフェニル構造、又はナフタレン環を表す。前記Arが有するベンゼン環又はナフタレン環上の任意の水素原子は、ハロゲン原子又は1価の有機基で置き換えられてもよい。Qは-(CH-(nは2~18の整数である。)、又は前記-(CH-の一部を-O-、-C(=O)-及び-O-C(=O)-のいずれかで置き換えた基を表す。*は結合手を表す。)
  5. 前記式(O)で表される2価の有機基が、下記式(o-1)~(o-14)のいずれかで表される2価の有機基である、請求項4に記載の液晶配向剤。
    Figure 0007343059000051
    Figure 0007343059000052
    (式(o-1)~(o-14)中、*は結合手を表す。式(o-14)中、2つのmは、それぞれ独立している。)
  6. 前記重合体(A)が、さらに下記式(2’)で表される繰り返し単位(a2’)及び下記式(3)で表される繰り返し単位(a3)よりなる群から選ばれる少なくとも一つを有するポリイミド前駆体及び該ポリイミド前駆体のイミド化物であるポリイミドからなる群から選ばれる少なくとも1種の重合体である、請求項1~5のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
    Figure 0007343059000053
    (式(2’)、及び式(3)中、X2’、及びXは4価の有機基を表し、Y2’は下記式(O2)で表される2価の有機基を表し、Yは基「-N(D)-(Dはカルバメート系保護基を表す。)」を分子内に有し、Dを除く炭素数が6~30の2価の有機基を表す。R、及びZは、前記式(1)と同義である。)
    Figure 0007343059000054
    (式(O2)中、Ar2’は、それぞれ独立してベンゼン環を表し、該ベンゼン環上の任意の水素原子は、ハロゲン原子、炭素数1~3のアルキル基、又は炭素数1~3のハロゲン化アルキル基で置き換えられてもよい。Q2’は単結合、又は-O-を表す。mは0~2の整数を表す。*は結合手を表す。)
  7. 前記重合体(A)が、前記繰り返し単位(a1)、前記繰り返し単位(a2)及び前記繰り返し単位(a2’)並びにそれらのイミド化構造の合計を全繰り返し単位の30モル%以上含む、請求項6に記載の液晶配向剤。
  8. 前記式(O2)で表される2価の有機基が、下記式(o2-1)~(o2-12)のいずれかで表される2価の有機基である、請求項6又は7に記載の液晶配向剤。
    Figure 0007343059000055
    (式(o2-1)~(o2-12)中、*は結合手を表す。)
  9. 前記重合体(A)が、前記繰り返し単位(a1)と前記繰り返し単位(a1)のイミド化構造との合計を全繰り返し単位の5~95モル%含む、請求項1~8のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
  10. 光配向処理法用である、請求項1~9のいずれか一項に記載の液晶配向剤。
  11. 請求項1~10のいずれか一項に記載の液晶配向剤から得られる液晶配向膜。
  12. 請求項11に記載の液晶配向膜を具備する液晶表示素子。
  13. 下記の工程(1)~(3)を含む、液晶表示素子の製造方法。
    工程(1):請求項1~10のいずれか一項に記載の液晶配向剤を基板上に塗布する工程
    工程(2):塗布した液晶配向剤を焼成する工程
    工程(3):工程(2)で得られた膜に配向処理する工程
  14. 前記配向処理が、光配向処理である、請求項13に記載の液晶表示素子の製造方法。
  15. 前記光配向処理における放射線の照射量が、100~1500mJ/cmである、請求項14に記載の液晶表示素子の製造方法。
  16. 下記の工程(4)を更に含む、請求項13~15のいずれか一項に記載の液晶表示素子の製造方法。
    工程(4):工程(3)で配向処理された膜に対して50~300℃の加熱処理を更に行う工程。
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